用于扭矩变换器的液压系统的制作方法

本发明总体上涉及一种用作机器传动系统的一部分的扭矩变换器，并且更具体地涉及一种用于致动扭矩变换器的液压回路和方法。
背景技术：
：传动系统是一种使内燃机或类似的原动机可操作地联接至由发动机提供动力的从动元件(其被称为负载)的组件。传动系统是许多移动和固定机器的整体部件，该移动和固定机器包括，例如，运土机、发电机组和任何其他合适类型的由发动机提供动力的机器。传动系统包括不同的部件和装置，以传输发动机输出的旋转运动，并调整与该运动相关联的速度、动力和/或方向。例如，为了解决运转的发动机或原动机与从动元件之间可能存在的操作速度和动力方面的差异，传动系统可包括例如变速器的部件，其中该变速器具有以可选择的固定比进行布置的可接合齿轮，以加速或减速，并可能包括扭矩变换器。扭矩变换器是能够通过在部件之间形成流体联接来提供原动机与传动系统的其余部分之间的物理分离的装置。物理上，扭矩变换器通常包括两个刚性的可独立旋转的部件(其分别被称为叶轮和涡轮机)，该两个部件相对于彼此以紧密间隔的布置方式进行设置，并被封闭在充满液压流体等的壳体内。来自发动机或原动机的旋转动力输入所引起的叶轮的旋转使得液压流体以促使涡轮机进行同样旋转的方式在壳体内流动，由此将动力传输至从动元件。扭矩变换器通常包括被称为定子的额外刚性装置，其也设置在壳体内，该定子有助于以通过变换器提高传输速度和动力的方式引导液压流体流。因为流体通过扭矩变换器传输旋转运动，所以叶轮和涡轮机可以以不同的相应速度进行旋转，这种情况被称为滑动或滑移。液压流体可将叶轮与涡轮机之间的转速差作为摩擦和热量来耗散。这使得原动机和从动元件能够以不同的速度进行旋转，且事实上，其能够使原动机与从动元件完全脱开，使得在从动元件需要保持静止不动的情况下，原动机不会停转。因此，移动机器可停止，而发动机继续运转。然而，在许多情况下，期望使叶轮和涡轮机以同样的转速进行旋转，且该部件之间的滑移造成了效率的损失。因此，扭矩变换器往往与能够在原动机与从动元件之间形成刚性机械连接的锁止离合器可操作地相关联，以提高传动系统中的动力传输效率。为了致动锁止离合器，其可与同一液压系统相关联，该液压系统将液压流体引导至扭矩变换器的部件。本发明涉及此类液压系统。技术实现要素：本发明在一个方面描述了一种包括原动机的机器，该原动机用于产生旋转力，以通过传动系统为联接至原动机的从动元件提供动力。扭矩变换器可设置在传动系统中，以提供用于传输旋转力的流体联接。此外，锁止离合器可与扭矩变换器可操作地相关联，以提供用于传输旋转力的刚性联接。为了在扭矩变换器与锁止离合器之间选择性地切换操作，所述机器可包括液压回路。液压流体源为液压回路提供加压液压流体。出口调节器位于扭矩变换器的下游处，该出口调节器具有位于出口调节器的下游处的液压冷却器。液压回路还包括分流阀，其与液压流体源流体连通，并被设置成选择性地引导扭矩变换器与锁止离合器之间的加压液压流体，以选择性地接合和脱开锁止离合器。在又一方面中，本发明描述了一种通过传动系统传输旋转力的方法。该方法在通过传动系统联接至从动元件的原动机中产生旋转力。该方法在锁止模式中操作传动系统，在该模式中，与扭矩变换器可操作地相关联的锁止离合器提供刚性联接来在原动机与从动元件之间传输旋转力。在锁止模式期间，将在扭矩变换器中流动的加压液压流体引导至出口调节器，该出口调节器被配置成维持扭矩变换器中的预定液压压力。该方法可将传动系统的操作切换至流体动力模式，在该模式中，扭矩变换器提供流体联接以在原动机与从动元件之间传输旋转力。在又一方面中，本发明描述了一种用于操作与锁止离合器相关联的扭矩变换器的液压回路。液压回路包括为回路提供加压液压流体的液压流体源和位于扭矩变换器下游的出口调节器，该出口调节器被配置成维持扭矩变换器中的预定液压压力。液压回路还包括位于出口调节器下游的回流管路。液压回路进一步包括分流阀，其被配置成选择性地将加压液压流体从液压流体源引导至扭矩变换器和锁止离合器中的一者。附图说明图1为示出具有包括与锁止离合器可操作地相关联并根据本发明进行构造的液压致动扭矩变换器的传动系统的代表性机器(具体地，轮式装载机)的侧视图。图2为示出用于操作图1的扭矩变换器和与其相关联的锁止离合器的液压系统的示意图。图3是图2示意图的简化版本，其示出了被配置成在主要通过扭矩变换器来实现动力传输的流体动力模式中进行操作的液压系统。图4为示出被配置成在主要通过锁止离合器来实现动力传输的锁止模式中进行操作的液压系统的简化示意图。具体实施方式本发明涉及用于在传动系统中传输旋转力的扭矩变换器和相关装置，且具体地涉及一种用于操作扭矩变换器的液压系统或回路。参照图1，示出了机器的实施例，在该实施例中，所公开的扭矩变换器可作为一部分被包括在传动系统中，该传动系统将旋转力从原动机传输至机器的负载或从动元件。虽然在图1中结合轮式装载机100对该布置进行了具体的说明，但是本文所公开的布置在各种其他类型的机器中也具有普遍适用性。术语“机器”可指代任何执行与某一行业(例如，矿业、建筑业、农业、交通运输业或任何其他本领域中已知的行业)相关联的某种类型的操作的移动或固定机器。例如，机器可为例如运土机(例如，挖掘机、自卸卡车、铲斗机、自动平地机、材料处理机等)的移动机器，或可为例如发电机组或水文低至泵抽应用的固定应用。此外，工具可连接至机器。此类工具可用于各种任务，包括，例如，装载、压实、提升和刷涂，而且此类工具可包括，例如，铲斗、压实器、叉式提升装置、刷、抓钩、刀具、剪切器、刀片、破碎器/锤、螺旋钻等。在所示的实施例中，轮式装载机100可构造在底盘或框架102上，该底盘或框架支撑在多个牵引部件104上，以移动越过地形或工地上的作业表面106。在轮式装载机100的具体实施例中，牵引部件104包括驱动轮108和相对于框架102可旋转的转向轮110。驱动轮108被动力驱动来推进轮式装载机100越过作业表面106，而转向轮110可相对于框架102进行转向，以改变轮式装载机的方向。然而，在其他实施例中，牵引部件104可是其他样式，例如，连续履带或卡特皮勒履带。为了更有利于轮式装载机100在工地周围的机动性，框架102可为具有两部分构造的铰接框架，但在其他实施例中，其可具有更刚性的结构。为了在工地周围执行操作，轮式装载机100可包括一个或多个连接至框架102的作业工具112(例如，提升臂114和相关联的铲斗116)。提升臂114和铲斗116可被动力操作来提升、拖曳和倾卸材料。轮式装载机100的动力操作或动力辅助设备(例如，驱动轮108和作业工具112)可被统称为机器的从动元件或负载。可从位于框架102上方的操作员站118或驾驶室指挥轮式装载机100的操纵和操作。为了产生动力并将其提供给包括从动元件的动力操作设备，轮式装载机100可包括内燃机120，内燃机作为与相关联的设备和部件相关的原动机。例如柴油燃烧式压缩点火发动机或汽油燃烧式火花点火发动机的内燃机120燃烧烃基燃料来将其中的化学势能转换成机械力或原动力，其通常以发动机输出的旋转运动的形式存在。除了作为内燃机以外，原动机的其他示例还包括气体燃烧式涡轮机、混合发动机、电动机等。为了使内燃机120与包括驱动轮108和作业工具112的动力设备机械连接，轮式装载机100可包括在整部轮式装载机中分配发动机的旋转输出的传动系统122。传动系统122可包括例如变速器、差速器、离合器、万向接头和动力输出装置的其他部件，以调整输出的转速，以及相关的旋转力或扭矩，并将其引导至轮式装载机100的不同部件。例如，为了适应内燃机120与动力元件之间的相对速度差，变速器124可通过旋转轴126联接至内燃机120，并接收来自内燃机120和旋转轴126的旋转输出。变速器124包括多个可选择性地接合的齿轮比，其可改变转速，并可以以相反的方式改变通过传动系统122传输的扭矩。因此，内燃机120可以以其最高效的速度范围和通过变速器124调整的旋转输出进行操作，以与从动元件的速度需求相对应。变速器124中的齿轮可以以固定的决定比进行布置，但是在其他实施例中，变速器可以是在连续的速度差范围内进行操作的无级变速器。为了适应内燃机120与其他附接至传动系统122的部件之间的其他的速度变化，传动系统可包括设置在发动机与变速器124之间的扭矩变换器130，其中该扭矩变换器可在发动机处附接至曲轴。特别地，扭矩变换器130提供流体联接，其可适应部件之间的相对加速度或减速度，并可有效地避免内燃机120与传动系统122的其余部分直接机械连接。然而，如上所述，当内燃机120和传动系统122的转速同步时，扭矩变换器130可与锁止离合器132可操作地相关联，其中，当受到致动时，该锁止离合器在发动机与变速器124之间提供刚性机械连接。参照图2，图示了扭矩变换器130的实施例，其中锁止离合器132与扭矩变换器的内部部件的其余部分整体成形并且一起连接在歧管壳体136或者壳体中。然而，在其他实施例中，扭矩变换器和锁止离合器可以物理上脱开并且布置为彼此配合地操作。除了锁止离合器132之外，图2中的扭矩变换器130可以包括执行流体联接功能的变换器部分134。在一个实施例中，变换器部分134可以包括设置在可以填充有液压流体的密封壳体146内的叶轮140、涡轮机142和定子144。可以将叶轮140和涡轮机142按照相对的方式进行布置并且将定子144设置在它们之间。而且，叶轮140可以直接或者间接地联接至内燃机的曲轴并且可与其一起旋转，并且涡轮机142可以直接或者间接地联接至变速器输入轴并且可与其一起旋转。通过发动机的相应旋转使叶轮140在壳体146内转动，致使其中的液压流体以可以沿着相同方向驱动涡轮机142的方式循环，由此使轴旋转至变速器。变换器部分134将来自发动机的动力机械能转化为动力学流体动力并且还原成机械能。此外，定子144可以包括喷嘴或者散热片，方便液压流体按照增加通过扭矩变换器的扭矩传输的方式循环从而辅助对相当大载荷的加速或者处理。当变换器部分134允许在叶轮140与涡轮机142之间的可以分散于液压流体中的转速差或者滑动时，锁止离合器132提供了不允许明显动的刚性机械连接。锁止离合器132可以是液压启动装置，其在接合时覆盖变换器部分134而在脱开时允许动力传输通过变换器部分。在一个实施例中，可以将锁止离合器132配置为活塞实施装置，其中将一个或者多个活塞150布置为移动多个离合器片152到彼此摩擦接合或者彼此脱离摩擦接合。另外，活塞150可以为弹簧式负载，使得活塞通常在没有反作用力的情况下移动离合器片至接合并且仅仅在将加压液压流体引入到锁止离合器132中时脱开离合器片，以克服活塞弹簧的弹簧刚度。因此，与常规离合器相比，加压锁止离合器132将其脱开。由于锁止离合器132和变换器部分134均为基于液压流体的存在的液压装置，所以可以将扭矩变换器130配置为利用相同的内部液压系统。具体地，锁止离合器132和变换器部分134经由流体连接154以彼此流体连通的方式设置在歧管壳体136内，使得在两个部件中的相对液压协同。例如，如果在锁止离合器132中的液压压力足够高克服弹簧负载式活塞150并且脱开离合器片152，则变换器部分134成为负责传输旋转动力通过扭矩变换器130的部件。负责脱开离合器片152的加压液压流体也可以经由流体连接154流入变换器134中以能够操作变换器部分134。在这种模式下操作扭矩变换器130可以称为流体动力学模式。相反，如果在变换器部分134中的液压压力相对于锁止离合器132增加，则弹簧负载式活塞150可以再次移动离合器片152到摩擦接合并且锁止离合器132覆盖作为主要动力传输部件的变换器部分134。当锁止离合器132接合时操作扭矩变换器130可以称为锁止模式。为了供应加压液压流体用以操作扭矩变换器130，扭矩变换器可以与由多个液压部件组成的液压回路160可操作地相关联，从而操纵其中的液压流体并且将其引至扭矩变换器和从扭矩变换器引出。为了使扭矩变换器130与液压回路160流体连接，歧管壳体136可以包括：锁止口156，其与锁止离合器132直接流体连通；变换器入口158，其将液压流体引至变换器部分134的叶轮侧；以及变换器出口159，其将液压流体引出变换器部分。这些口可以用柔性软管或者刚性管来与液压回路连接从而接收或者排出液压流体。为了供应可以引至扭矩变换器130的液压流体，液压回路160可以包括提供加压液压流体来源的液压流体源162。为了容纳在加压之前的液压流体，液压流体源162包括油箱或者液压贮存器164，其包含一定量的相对低压的液压流体并且液压流体可以排放至大气或者可以密封，从而使得内容物可以维持在稍微加压的状态下。液压流体可以为任何适当类型的不可压缩流体，并且可以具有足够的粘度使得流体能够在液压回路中轻易流动。因为在液压回路中流动的液压流体来源于液压贮存器164，所以可以将贮存器视为液压回路中的最上游位置。也可以将液压贮存器164设置在机器上的用作贮槽的位置中，液压流体从多个不同液压管线返回该贮槽。液压贮存器164可以向机器上除了扭矩变换器之外的其他部件提供液压流体。为了加压来自液压贮存器164的液压流体并且引导其通过液压回路160，液压流体源162包括与贮存器流体连通设置的液压泵166。液压泵166可以是用于加压并且正向移动液压流体以使液压流体在回路中流动的任何适当类型的泵，包括活塞泵、旋转齿轮泵、叶片泵、回转泵、旋转斜盘等。液压泵166可以是如图所示的固定排量泵，或者是能够改变或者调节泵的输出流量或者流率的可变排量的泵。进一步地，液压泵166可以是可逆的，以使得流能够流向液压贮存器164和从液压贮存器164流出。为了驱动液压泵166，液压泵166可以与传动系统可操作地连接，以接收一部分从内燃机输出的动力。为了过滤液压流体，液压流体源162也可以包括设置在液压泵166下游的液压过滤器168。因为由液压泵166产生的液压压力可能大于操作扭矩变换器130所需的压力并且可能由于泵的操作发生波动，所以液压回路160可以包括与液压流体源162流体连通并且在其下游的调节阀170。将调节阀170连接到来自液压流体源162供应管线172中，并且可以是具有打开位置174和关闭位置176的二位流量控制阀，其可以分别打开和关闭供应管线的。可以基于供应管线172中的液压压力先导控制调节阀170，并且可以将调节阀170设置为在供应管线中维持液压压力稳定。除了调节阀之外，液压回路160可以包括与供应管线172流体连通的减压阀178，其可以设置为在液压压力超过扭矩变换器130的容量的情况下打开。减压阀178可以是与液压贮存器164流体连通的弹簧致动单向阀，其中弹簧校准为在预调定压力下打开阀门从而排出一部分供应管线中的加压液压流体。在其他实施例中，不同的方法学例如限流器等可以用于调节来自液压流体源162的液压压力和流量。为了将加压液压流体选择性地引至扭矩变换器130和从扭矩变换器130引出，由此调节扭矩变换器的操作，液压回路160可以包括安装在调节阀170和减压阀178的下游和扭矩变换器的上游的供应管线172中的分流阀180。在一个实施例中，分流阀180可以是包括电磁螺线管182的电磁控制滑阀，将其致动以改变内部滑阀受弹簧184偏置的位置，然而在其他实施例中，可以由不同方法构建和致动分流阀，例如液压致动阀。当电磁致动螺线管182时，螺线管将滑阀移动或者配置为密封和打开设置在分流阀180中的与扭矩变换器130流体连通的多个口和液压回路160的多个其他部件。例如，为了将液压流体引至液压贮存器164，分流阀180可以按照与贮存器直接或者间接流体连通的方式与排出管线185连接。在所示实施例中，分流阀180可以是具有第一位置186和第二位置188的二位方向控制阀。分流阀可以移动到与供应管线172对准或者与供应管线172不对准。可以将第一位置186配置为放置供应管线172与锁止口156流体连通以将加压液压流体引入液压离合器中，将锁止口156设置在扭矩变换器130中。此外，第一位置186有效地密封了变换器入口158。由此，在第一位置中，分流阀180提高锁止离合器132中的液压压力以脱开离合器片152，使得变换器部分134负责通过传动系统传输动力并且在流体动力学模式下操作扭矩变换器130。为了切换操作至锁止模式，将分流阀180的第二位置188配置为在供应管线172与变换器入口158之间建立流体连通，使得变换器部分134接收加压液压流体。另外，第二位置放置锁止口156与排出管线185流体连通以将液压流体从锁止离合器132排出。因此，基于变换器部分134中的比在锁止离合器132中的液压压力更大的液压压力，离合器片152移动到摩擦接触中并且锁止离合器接合。为了确保液压流体移动通过扭矩变换器130，例如为了防止温度或者压力超过可接受值，液压回路160可以包括连接至变换器出口159的出口管线190。无论扭矩变换器130正在流体动力学模式下或是在锁止模式下进行操作，出口管线190可以从变换器部分134移除液压流体。然而，为了防止在变换器部分134中的液压流体排出至不可接受的水平，例如当在锁止模式中操作和变换器部分134中的液压压力必须超过锁止离合器132中的液压压力时，可以将出口调节器192设置在扭矩变换器130下游的出口管线190中。在一个实施例中，出口调节器192可以是包括打开阀门的第一位置194和关闭阀门的第二位置196的二位流量控制阀。可以将出口调节器192配置为先导致动阀，其基于出口管线190中的液压压力在第一位置194与第二位置196之间进行切换。具体地，可以将出口调节器192配置为在扭矩变换器130中维持预定的液压压力，以确保在扭矩变换器中存在足够的液压流体和维持的压力，以便进行操作。预定压力可以辅助在离合器片摩擦接合时减少滑移的机会或者在脱开时使离合器片维持间隔隔开的关系。在其他实施例中，出口调节器可以是孔或者限流器，孔或者限流器被配置为阻止从扭矩变换器排放液压并且由此维持其中的液压压力。因为从扭矩变换器130接收的液压流体可能处于升高的或提高的温度下，液压回路160可以包括设置在出口调节器192的下游并经由冷却器管线202与出口调节器192流体连通的可选液压冷却器200。液压冷却器200可以是用于冷却液压流体的任何适当类型的热交换器，并且可以配置为水冷式设计、气冷式设计或任何其他适当类型的设计。为使冷却液压流体返回至液压贮存器164，可以将液压冷却器200连接至返回管线204，所述返回管线204可能具有另外的装置和部件来处理返回至贮存器的液压流体。在流体温度不十分重要并且返回管线204直接与出口调节器192连通的其他实施例中可以省略液压冷却器。此外，可将多种其他液压部件和系统设置在液压贮存器上游的返回管线204中。因为其配置，出口调节器192仅能够将扭矩变换器130中预定液压压力维持在有限范围内。对于以流体动力学模式和锁止模式操作的扭矩变换器来说，预定液压压力的有限范围可能未必是最优的或适当的。因此，在另一实施例中，可以将液压回路160配置为以促进在两种模式下操作的方式建立穿过扭矩变换器130的液压流量和压力。具体地，可以将液压回路配置为在特定情况下绕过出口调节器192，使得在不存在液压冷却器的情况下将液压流体从扭矩变换器130引导至液压冷却器200或返回管线204。为绕过出口调节器192，分流阀180可以包括设置在第一位置186内的旁路通道210。当第一位置186移动到分流阀180的有效位置时，旁路通道210与旁路管线212连通，所述旁路管线212与出口调节器192上游的输出管线190相交并且连接至出口调节器下游的冷却器管线202或返回管线204。因此，当以流体动力学模式操作时，经由旁路通道210的分流阀180通过绕过出口调节器192直接在扭矩变换器130内的变换器出口159和液压冷却器200之间建立流体连通。工业实用性本发明描述了一种可以以不同操作模式操作设置在机械的传动系统内的扭矩变换器130的液压回路160。参照图3和图4，其中示出了在流体动力学模式和锁止模式下液压回路160内加压液压流体的不同流量布置。在图3描绘的流体动力学模式下，分流阀180配置在第一位置186处并且将来自与液压流体源相关联的液压泵166的经由供应管线172的加压液压流体引导至扭矩变换器130上的锁止口156。锁止离合器132内的液压压力因此足以脱开离合器片152，并且以流体动力学模式操作扭矩变换器130。液压流体通过流体连接154流入变换器部分134以使叶轮140和涡轮142相互作用。因为液压流体能够适应叶轮140和涡轮机142之间由于摩擦和热量造成的任何旋转速度差，液压流体的温度可能明显地升高。因此，在另一实施例中，为促进贯穿扭矩变换器130的加压液压流体的稳定流量并防止过热，旁路管线212和分流阀180内的旁路通道210通过绕过出口调节器192将从变换器出口159排放的一部分液压流体直接导入至液压冷却器200。旁路管线212从而增大贯穿扭矩变换器130的液压流量以维持变换器内的温度。将液压流体引导以绕过出口调节器192并且自由地排放入液压冷却器200或可选地最终排放入与液压贮存器164连通的返回管线，也防止了变换器部分134内的液压压力超过锁止离合器132内能意外地接合锁止离合器的液压压力。参照图4，当扭矩变换器130正以锁止模式操作时，分流阀180经由设置在歧管壳体136内的变换器入口158将加压液压流体直接导入变换器部分134。第二位置188也将锁止离合器132内的液压流体直接排出至液压贮存器164。如上所述，相对于变换器部分134内液压压力减小锁止离合器132内的液压压力致使离合器片152接合，所以锁止离合器负责通过扭矩变换器130传输扭矩。为维持锁止离合器与变换器部分134之间的压力差，将变换器出口159设置为经由输出管线190与出口调节器192直接流体连通。出口调节器192由此调节和维持扭矩变换器130的变换器部分134内预定液压压力，使得锁止离合器132保持接合。因此，如在第一位置186内配置为带有旁路通道210的分流阀180可以选择性地引导加压液压流体通过液压回路160以调节在流体动力学模式和锁止模式下的扭矩变换器130的操作，其具有如下特征和结果：模式流体动力学模式锁止模式进入扭矩变换器的流分流阀→锁止口分流阀→变换器入口离开扭矩变换器的流变换器出口→冷却器变换器出口→出口调节器出口调节器状态绕过调节液压压力锁止离合器状态脱开接合前述公开的可能优点在于，可以配置为带有旁路通道的分流阀可有利于转换扭矩变换器在流体动力学模式和锁止模式下的操作，扭矩变换器可操作地与锁止离合器相关联。例如，可以通过设置为与变换器出口流体连通的出口调节器来维持接合锁止离合器所必需的扭矩变换器内预定液压压力。然而，在流体动力学模式期间分流阀可以选择性地绕过出口调节器以防止液压压力和温度在扭矩变换器内积聚。从上述描述和附图可知，本发明的这些和其他优点及特征对本领域普通技术人员来说是显而易见的。应当认识到，前面的描述提供了公开的系统和技术的示例。然而，可以考虑到，本发明的其他实施例可在细节上不同于以上示例。对本发明及其实施例的所有参考都应参考关于该问题讨论的具体实施例而不应隐含任何对本发明总体范围的任何限制。所有对于某些特征的区别性和贬低性的语言只是用来表示这些特征并不是优选的，除非另有说明，并不打算将这些特征完全排除在本发明的范围之外。除非在此另外指出，否则在此对数值范围的叙述仅用作分别指代落入范围内的各单独数值的简略表示方法，并且各单独数值就如同其单独叙述一样合并入本说明书中。除非本文中另有指示或与上下文明显矛盾，在此描述的所有方法可以任何适当的顺序执行。除非本文中另有指示或与上下文明显矛盾，在描述本发明的上下文中(特别是下面权利要求书的上下文)所使用的术语“一”、“一个”和“至少一个”以及类似的指示代词应理解为包括单数和复数。除非本文中另有指示或与上下文明显矛盾，后面是一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)的所使用的术语“至少一个”应当理解为从所列项目(A或B)中选择的项目或所列项目(A和B)的两个或多个的任何组合。因此，如适用的法律所允许的，本发明包括此处所附权利要求书所叙述的主题的所有修改和等同物。而且，除非本文中另有指示或与上下文明显矛盾，本发明涵盖在其所有可能变化中的上述元件的任何组合。当前第1页1 2 3